C++中如何处理带校验构造函数的对象移动后的无效状态
参数校验类的移动语义与持久化约束设计问题
我编写了一个用作函数参数的类,用于委托参数校验,同时满足函数重载的需求。
构造函数抛出异常的机制可以保证对象要么构造完成处于有效状态,要么构造失败完全不产生实例,因此无需引入类似explicit operator bool() const的状态检查成员函数。
临时对象传参的使用方式完全符合设计预期:
// 仅作示例 const auto &certString = open_cert(); add_certificate(cert_pem{certString.cbegin(), certString.cend()}); // 要么构造阶段抛出异常,要么传入的就是完全合法的证书 // 此处cert_pem为临时对象,传参完成后即销毁
但该设计存在一个暂无理想解决方案的问题:参数校验类本身可以设计为非持久化的,仅作为临时对象完成校验逻辑;但如果需要支持持久化的类实例(即函数调用结束后对象仍然存活),就会出现移动后对象失效、绕过校验的问题:
// 仅作示例 const auto &certString = open_cert(); cert_pem cert{certString.cbegin(), certString.cend()}; // 构造阶段允许抛异常,可保证cert合法 cert_pem moved = std::move(cert); // 移动后cert变为失效状态 cert_pem cert_invalid = std::move(cert); // 移动构造本身不允许抛异常,无法执行校验逻辑 add_certificate(cert_invalid); // 传入的是非法对象,完全违背了设计初衷
在不引入状态检查函数(即不将类设计为带状态校验的类型)的前提下,我目前梳理出几种处理方案,但均存在明显缺陷:
- 方案1:规定对象被移动后即“不可用”:极易引发使用故障,是风险极高的实践。
- 方案2:删除移动构造函数和移动赋值运算符,仅允许拷贝操作:资源拷贝的开销可能极高,若使用PIMPL惯用法甚至可能无法实现拷贝。
- 方案3:需要持久化对象时使用堆分配:这是最直观的方案,但会带来不必要的性能损耗,若某个类包含多个此类对象成员,构造时会产生多次内存分配。
以下是方案2的代码示例:
/** * 存储PEM证书字节数组的类 * 用作函数参数,保证输入证书合法,构造失败会直接抛出异常 */ class cert_pem final { public: template <typename IterT> cert_pem(IterT begin, IterT end) : value_(begin, end) { Validate(value_); } const std::vector<uint8_t>& Value() const noexcept(false) { return value_; } cert_pem (const cert_pem &) = default; cert_pem & operator=(const cert_pem &) = default; cert_pem (cert_pem &&) = delete; cert_pem & operator=(cert_pem &&) = delete; private: /** * \throws std::invalid_argument 证书格式非法时抛出 */ static void Validate(const std::vector<uint8_t>& value) noexcept(false); static void ValidateNotEmpty(const std::vector<uint8_t>& value) noexcept(false); private: std::vector<uint8_t> value_; };
是否存在其他可以规避上述缺陷的问题处理方案?还是说只能在上述几种方案中做取舍?
我个人认为对于参数校验类而言,更合理的设计是不允许实例持久化,仅允许生成临时对象,但不确定C++是否支持实现这种约束。
内容的提问来源于stack exchange,提问作者Sergey Kolesnik
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